Передняя оптика автомобиля способна сменить хоть и не весь его вид, но на 40% как минимум. Многие производители стали использовать светодиодную оптику на своих новых моделях. Расскажем о принципе работы и устройстве матричных фар.
Содержание статьи:
Ведущую позицию в области оптики держит компания Audi. Начиная с 2013 года Audi стали устанавливать матричную оптику или более известные как Matrix LED headlights на обновленную модель A8. Как утверждают инженеры компании, они поднимают уровень безопасности и облегчают управление автомобилем.
Изначально базу для матричной оптики положила компания Opel под названием Matrix Beam. В сравнении с обычной оптикой, матричные фары намного сложней. Она состоит из модуля ближнего и модуля дальнего света, так же в наличии есть дневные ходовые огни, габаритные огни и блок поворотов. В дизайнерском решении есть воздуховод с вентилятором для охлаждения механизмов и блок управления, на каждую фару свой.
Модули дальнего и ближнего света матричной оптики
Не смотря на сложность технологии, матричные фары вмещают в себе модуль дальнего и ближнего света. Каждый блок уникален по своему, как по строению, так и по управлению. Набор дальнего света матричных фар состоит из 25 светодиодов, объединенных по пять штук в группу. Совокупно они образуют матрицу дальнего света. Каждый блок матричный фар из пяти светодиодов имеет свой отдельный радиатор и отражатель. Благодаря такому инженерному решению, с помощью матриц реализовано порядка миллиарда разных комбинаций по распределению света.
Что ж касается модуля ближнего света, то он располагается под дальним светом. В его составе 15 светодиодов. Так же по пять светодиодов в блоке, но более слабые по мощности. В самом низу оптики разместились дневные ходовые огни, габариты и светодиоды указателей поворотов. Всего в таком блоке матричной фары можно насчитать 30 последовательных светодиодов.
Как устроена матричная фара
С наведенной информации видно, что в основе матричной фары лежат светодиоды и никаких других осветительных приборов. Действительно, такое строение выдаст намного больше света, чем ранее известные виды оптики.
Для лучшего вида элементы матричной оптики подчеркнули дизайнерским обрамлением в современном стиле. Все части оптики, включая блок управления и принудительную вентиляцию, помещены в пластмассовый корпус, который так же является основой и защищает от воздействия внешних факторов. Лицевую часть матричной фары закрывает прозрачный рассеиватель.
Становится понятно, что при наличии блока управления, вся система контроля и управления будет электронной, по традиции включая входные устройства и исполнительные элементы. В качестве входных устройств считаются различные датчики и видеокамера.
Видеокамера дает информацию о наличии других автомобилей на дороге. Таким образом, блок управления будет переключать дальний и ближний свет автоматически, регулировать угол и яркость оптики. Если же говорить о датчиках матричной оптики, то зачастую они используются от других систем, таких как угол поворота руля, датчик скорости автомобиля, датчик просвета дорожного, датчик освещения и датчик дождя. Именно эти датчики отвечают за комфортную езду и своевременное срабатывание различных систем.
Если же в автомобиле есть навигационная система, то в блок управления матричных фар будет использовать данные с маршрута, характер вождения автомобиля, рельеф дороги и местности, а так же учитывать проезд по населенным пунктам.
Главную роль в матричных фарах несет блок управления. Он обрабатывает информацию, полученную от входных устройств, и зависимо от полученных данных включает или выключает определенный ряд светодиодов. Новшеством стоит отметить то, что в матричной оптики не используются поворотные механизмы, как это было у ксеноновых фарах. Все функции выполняют благодаря статическим светодиодам и электронике матричных фар.
Разновидность функций освещения в матричной оптике
Чем сложней устроена конструкция оптики, тем больше функций она может выполнять. В матричной оптики насчитывают девять разновидностей функций освещения:
- постоянный дальний свет;
- освещение для автомагистралей;
- ближнее освещение;
- адаптивное освещение;
- освещение на перекрестках;
- освещение в любую погоду;
- подсвечивание пешеходов;
- адаптивное динамическое освещение;
- динамический указатель поворотов.
Полисегментальный дальний свет позволит водителю двигаться с постоянным включенным дальним светом. В таком случае будут задействованы 25 отдельных светодиодов дальнего света. Так же будет задействована видеокамера, которая в темное время суток следит за встречными и попутными автомобилями по их свету фар. Как только обнаружен автомобиль, блок управления выключает часть светодиодов, которые направлены на движущийся автомобиль. Свободное пространство дороги будет освещаться в прежнем виде. Для уменьшения ослепления водителей яркость оставшегося блока матричной оптики будет уменьшена. По данным с паспорта, блок управления матричных фар одновременно может распознать до восьми автомобилей.
Свет для движения по автомагистрали основывается на полученную информацию с навигационной системы. Адаптивная система сужает конус дальнего света матричных фар, таким образом, чтоб максимально направить вперед и сделать удобной для других водителей.
Ближнее освещение имеет традиционную форму, средняя часть дороги освещается меньше, а вот боковая часть и обочина больше. При этом матричная оптика направляется вниз в зависимости от рельефа дороги и населенного пункта.
Адаптивный свет направлен на лучшее освещение машины спереди и сбоку во время выполнения маневра поворота. В таком случае система матричных фар в каждой из фар задействует по три светодиода, которые включаются или выключаются при повороте руля или срабатывании поворотов.
Освещение перекрестков предназначено для освещения перекрестков при приближении к ним. В этом случае для матричных фар так же задействована навигационная система, на основе информации которой и определяется перекресток.
Всепогодное освещение из самого названия говорит о том, что при движении в плохих погодных условиях (туман, дождь, снег) будет меняется качество освещения. Блок управления настроить светодиоды матричной оптики таким образом, чтоб избежать ослепления от своих же фар. Интенсивность светодиодов матричной фары будет меняться в зависимости от видимости.
Подсвечивание пешеходов в матричных фарах реализовано на высоком уровне. В случае обнаружения пешехода с помощью камеры и системы ночного виденья, на обочине или опасной близости от нее оптика будет троекратно сигнализировать дальним светом об этом. Тем самым предупреждать как водителя, так и пешехода.
Динамическое адаптивное освещение это предпоследний вариант в матричных фарах. Суть его работы направлена на освещение дороги во время поворота. Поворачивая рулевое колесо, яркость светового пучка перенаправляется с центральной части в сторону поворота. То есть одна часть светодиодов становится тусклее, другая ярче.
Динамический указатель поворотов матричных фар рассчитан на управляемое движение светодиодов в направлении поворота. Таким образом, 30 последовательных светодиодов оптики включаются последовательно с периодичностью в 150 мс. Со стороны это не только красиво выглядит, но и дает больше информации о том или этом маневре автомобиля.
Многие производители уже готовят свои автомобили под внедрение подобной технологии матричной оптики, но насколько это удастся, пока никто не может сказать. На данный момент компания Audi является единственным правообладателем подобной технологии в оптике и захочет ли она делиться с другими производителями остается под вопросом.
Видео о принципе работы матричной оптики и её строении:
В первых автомобилях использовались самые примитивные фонари — керосиновые либо ацетиленовые. Лет сто назад на место открытого пламени вставили электрическую лампочку. С одной ее стороны имелся отполированный рефлектор, с другой — линза. Герметизации фар в то время не было, так что рефлектор очень быстро ржавел. И без того слабый свет становился еще тусклее, а главное, вокруг фары образовывался ореол, слепящий встречные автомобили. Запрет на фары этого типа ввели в 1941 году.
Лампочка H13 для ближнего/дальнего света. Компьютеризованные системы настройки в процессе сборки тщательно выверяют положение контактов и нити в каждой лампочке. При этом выдерживаются допуски не более 0,01 мм. Это значит, что, заменяя лампу, вам не потребуется заново подстраивать направление фар. Волосок для дальнего света расположен прямо в фокусе рефлектора, обеспечивая таким образом наилучшее освещение дороги. Волосок для ближнего света немного отведен от точки фокуса, исходящий от него свет обрезается в верхней части и меньше травмирует глаза встречных водителей. В конструкциях некоторых кварцевых ламп для эффективного обрезания верхних лучей используется металлический экран.
Герметичная лампа-фара мало отличается по своей сути от бытовой лампы — вольфрамовый волосок помещается в стеклянной колбе, заполненной инертным газом, но рефлектор установлен прямо внутри колбы. Эти лампы, как и обычные бытовые, постепенно теряют яркость, так как вольфрам испаряется с волоска и оседает на стенках колбы. Фары с переключением ближний/дальний свет появились только в 1920-х. До этого из-за огромных допусков тогдашней сборки все регулировки по направлению светового потока просто не имели смысла. Герметичные фары оказались весьма дешевы — в основном из-за унификации, позволявшей гнать огромные тиражи. Фары выпускали нескольких типов, и стандартизированный подход связывал руки автодизайнерам, ограничивая возможность придать машине индивидуальный облик. С 1973 года автопроизводители стали заменять лампы-фары на светильники с галогеновыми лампами.
На габаритах и стопсигналах светодиоды используются относительно давно. Это новшество развязало руки дизайнерам, позволяя оформлять фонари в любом стиле. Кроме того, светодиоды потребляют мизерные количества энергии, а загораются на 400−500 миллисекунд быстрее, чем лампа накаливания. Это не так уж мало — едущий за вами и болтающий по мобильнику раззява, при скорости около сотни км/ч будет иметь запас метров 12 чтобы успеть нажать на тормоза.
Галогеновые лампы с 1980-х — самая распространенная основа для автооптики. Это небольшая лампочка, которая вставляется внутрь сборки из рефлектора и линзы. Благодаря современным герметикам и технологии сборки сейчас рефлекторы уже почти не корродируют из-за попадания влаги внутрь. Колба лампы из термостойкого кварца позволяет поддерживать весьма высокую температуру волоска, так что по цветовому составу свет получается существенно ближе к естественному дневному. Более высокая температура означает еще и то, что лампа имеет большую световую отдачу на единицу поглощаемой энергии. С другой стороны, вольфрамовый волосок из-за этого испаряется быстрее, и чтобы этому противостоять, галогеновые лампочки заполняют теперь не только инертным газом, но и парами брома или йода. Галоген вступает в соединения с парами вольфрама, а при контакте с раскаленным волоском эти соединения снова распадаются и вольфрам оседает на том же волоске.
От HID («ксенон») к светодиодам
В лампах HID (High Intensity Discharge, газоразрядные высокой интенсивности, в просторечии «ксенон») вообще нет никаких волосков. Вместо них свет излучает высоковольтная дуга в атмосфере инертных газов. Для зажигания этих ламп требуется высокое напряжение и высокий стартовый ток (когда лампа уже заработала, она потребляет гораздо меньше энергии и выдает больше света, чем обычная галогеновая). Кроме того, электрическая дуга выдает более равномерный световой поток, который проще фокусировать.
Есть тут, правда, и один недостаток — на то, чтобы лампа зажглась, прогрелась и начала выдавать полную мощность, требуется несколько секунд. Поэтому в некоторых машинах лампы HID используют для ближнего света, а для дальнего оставляют обычные галогеновые. Альтернативный вариант — шторка с механическим приводом, тогда одна ксеноновая лампа может иметь распределение света под оба режима.
Тем не менее, будущее автомобильного света специалисты отдают полупроводниковым технологиям — светодиодам. Поскольку до сих пор не существует никаких стандартов на унифицированную светодиодную сборку, автопроизводителям приходится для каждой модели изготавливать оригинальную конструкцию, а это недешево. Но благодаря явным преимуществам (малый вес, стойкость к вибрациям, большие сроки эксплуатации, сверхнизкое потребление энергии) светодиоды, вероятно, вскоре вытеснят с рынка системы HID.
На дорогих машинах фары HID (ксенон) зачастую ставят в качестве штатного оборудования. На рынке запчастей и аксессуаров тоже предлагается множество разнообразных комплектов «ксенона». (Нередки даже случаи, когда аббревиатурой HID маркируют обычные галогеновые лампы — так что будьте бдительны!) В них, как правило, имеется дуговая лампа и система запуска — все как в оригинале, только посадочные места рассчитаны на то, чтобы лампа подошла к стандартной «галогеновой» фаре. Такие комплекты стоят гораздо дешевле штатных, но… Форма вольфрамовой нити накаливания существенно отличается от формы электрической дуги. В результате распределение светового потока, исходящего от такой фары, оказывается совершенно непредсказуемым. Хотя водителю такой машины дорога будет видна прекрасно, встречным водителям не позавидуешь, поэтому такие самовольные переделки считаются незаконными.
Производство таких лампочек представляет собой немалое достижение в области высоких технологий. После того как электроды запаивают в стеклянную толщу донышка, воздух отсасывают из лампы через верхушку колбы. Язычок пламени нагревает верхнюю часть лампы до размягчения, а поток жидкого азота охлаждает основание почти до -200°С. Внутрь колбы бросают гранулу замороженных газов (обычно это инертные газы плюс галоген). В тот же момент мягкую верхушку лампы закупоривают, и когда гранула испаряется, давление в колбе поднимается до 4−5 атмосфер.
Европейские и американские нормы распределения светового потока (а следовательно, и конструкции фар) несколько отличаются. Для европейского света характерна более четкая светотеневая граница с подъемом справа, световой поток направлен на дорогу и правую обочину. Такое распределение минимизирует ослепление встречных водителей и позволяет видеть «пассажирскую» обочину на большее расстояние. В американском свете светотеневая граница менее выражена, световой поток почти симметричен.
Галогеновая лампа излучает свет с температурой 3400 К (цветовая температура естественного солнечного света примерно 6000 К). Последнее время на дорогах появляются лампы с бело-голубым свечением, заметно отличающимся от привычного желтоватого. Обычно это «тюнингованные» лампочки, в которых на колбу нанесены различные покрытия для имитации света от более дорогих газоразрядных ламп. Цветовая температура действительно несколько выше, но светоотдача не повышается ни на грош, так что цель этого — только престиж.
Казалось бы, что может быть сложного в работе фары? Ведь она просто светит прожектором, освещая пространство перед автомобилем в ночное время суток. Но здесь не все так просто, ведь от фары требуется не просто светить, а светить с определенной силой в определенном направлении.
Главная проблема, с которой столкнулись конструкторы фар — обеспечение ближнего и дальнего света. В разное время эта задача решалась по-разному: с помощью переключателей, наклоняющих фары рычагов, подвижных экранов внутри фар и другими способами. Но сегодня наиболее часто применяются четыре способа:
Использование отдельных ламп для ближнего и дальнего света;
- Использование одной двухнитевой лампы;
- Использование подвижных экранов;
- Использование системы подвижного источника света и отражателя.
Отдельные лампы. Это самый простой способ, который сегодня находит не слишком широкое применение. В таких автомобилях имеется четыре фары, две из которых светят дальним светом, остальные две - ближним.
Двухнитевая лампа. В такой лампе имеется две нити: мощная, расположенная в центре, и более слабая, расположенная несколько в стороне. Мощная нить находится непосредственно в фокусе отражателя, поэтому создаваемый ею световой поток образует дальний свет. Слабая нить расположена несколько выше и впереди фокуса, причем под нитью имеется небольшой экран, отсекающий часть светового потока. В результате свет от нити отражается верхней частью рефлектора, пучок получается более слабым и наклоненным.
Подвижной экран. Такое решение применяется в ксеноновых лампах (точнее - в биксеноне). Представляет собой экран, который отсекает часть светового потока от газоразрядной лампы и создает ближний свет.
Подвижная лампа и рефлектор. Такая довольно сложная система позволяет выводить нить накала лампы или дуги газоразрядной лампы из фокуса отражателя или переводить из одного фокуса в другой, чем достигается изменение направления светового пучка и силы светового потока. Существует множество различных вариаций.
Сегодня в это сложно поверить, но на первых автомобилях устройств, которые сейчас официально именуются «световыми приборами», не было вовсе! Езда на «самобеглых экипажах» во времена Готтлиба Даймлера и Карла Бенца была весьма рискованным занятием и в светлое время суток. А уж о том, чтобы ездить ночью, мало кто помышлял.
Фото: Oldmotor.com; Media.daimler.com
Однако с началом эры массового распространения автомобилей проблему освещения дороги непосредственно перед движущейся машиной решать было просто необходимо!..
«Керосинки»
Первые автомобильные фары представляли собой просто-напросто керосиновые лампы. Их главными преимуществами на тот момент была простая, как правда, конструкция, а также возможность максимальной унификации со светильниками, массово распространенными в быту.
На этом, однако, все плюсы «керосинок» для автомобилиста заканчивались, поскольку со своей основной задачей такие фары справлялись отвратительно. Они не столько освещали путь перед машиной, сколько обозначали ее присутствие на дороге. На автомобилях тех лет применялись также масляные светильники, и по эффективности они соответствовали «керосинкам». Замена им была разработана весьма быстро.
С паровоза на автомобиль
В 1896 году, всего через 10 лет после того, как Карл Бенц получил патент на свой первый автомобиль, авиаконструктор Луи Блерио предложил использовать на машинах ацетиленовые фары. Аналогичной конструкции прожекторы активно применялись в то время на… паровозах!
Фото: Tomislav Medak/Wikipedia.org
Дорогу такие фары освещали уже вполне сносно, но активное их использование сопровождалось для водителя «танцами с бубном». Чтобы включить головной свет, нужно было открыть кран подачи ацетилена, затем открыть стеклянные колпаки самих фар и, наконец, зажечь спичкой горелки. Ацетилен при этом вырабатывался прямо на ходу: в отдельном баке, разделенном на два отсека, в который перед поездкой нужно было засыпать карбид кальция и залить воду.
Ацетиленовые светильники, к слову, применяются до сих пор. Например, на расположенных в отдаленных районах маяках – в случае, если для них невозможно или невыгодно вести отдельную линию электропередачи или ставить автономный генератор.
Плюс электрификация всех авто
Хорошо знакомые нам электрические фары стали широко применяться на автомобилях с начала 20-х годов XX века. Впрочем, на моделях класса «люкс» их начали использовать даже раньше: с середины 10-х гг. – практически сразу после изобретения. Одними из первых электрофары в стандартной комплектации получили Cadillac Model 30 и легендарный Rolls-Royce Silver Ghost.
По сути, первые подобные фары представляли собой электрические прожекторы, и с основной своей задачей они, естественно, справлялись на ура. Возникла, однако, другая проблема: водители, ехавшие ночью встречными курсами, нещадно ослепляли друг друга. Так появились первые корректоры фар, причем разных типов: рычажные, тросовые, гидравлические. Некоторые производители выводили на переднюю панель рычажок реостата, которым водитель мог отрегулировать яркость ламп.
До чего дошел прогресс…
На первый взгляд современные автомобильные фары далеко «уехали» от прожекторов начала 20-х. Отчасти это действительно так, но… Как говорят в Одессе, вы будете смеяться: в целом конструктивная схема фар головного света и сегодня остается той же! Они по сию пору состоят из корпуса, отражателя, рассеивателя и лампы – источника света.
Прогресс, однако, на месте не стоит, и в рамках этой нехитрой принципиальной схемы конструкция автомобильной фары регулярно дополнялась важными элементами, делавшими ее все более функциональной, долговечной, удобной и безопасной в использовании.
Так, в 1919 году компания Bosch представила лампу с двумя нитями накаливания. Вкупе с изобретенным к тому временем рассеивателем это был важный шаг на пути решения проблемы, над которой бились конструкторы все предыдущие десятилетия: как эффективно освещать дорогу и при этом не слепить встречных?
В середине 50-х французская фирма Cibie предложила революционное по тем временам решение, применяемое до сих пор. Идея состояла в создании асимметричного пучка света, чтобы со стороны водителя фары светили ближе, чем со стороны пассажира. С 1957 года подобное распределение света входит во все европейские технические регламенты для автомобилей массового производства.
В 1962 году компания Hella представила первую автомобильную галогенную лампу. Колба такой лампы заполняется галогенидами – газообразными соединениями йода или брома, препятствующими активному испарению вольфрама с нити накаливания. В итоге светоотдача «галогенки» выросла в полтора раза по сравнению с лампами прежних поколений, ресурс – сразу вдвое, снизилась теплоотдача, да еще и сама лампа стала гораздо компактнее! Галогенные лампы до сих пор остаются «золотым стандартом» в области автомобильной светотехники.
Примерно в те же годы стали производиться автомобили с фарами прямоугольной формы. Затем, с внедрением технологий компьютерного моделирования, конструкторы получили возможность создавать комбинированные рефлекторы сложной формы: с делением на сегменты, каждый из которых по-разному фокусирует световой пучок.
В 1993 году Opel впервые применил на массовом автомобиле (модель Omega) пластиковый поликарбонатный рассеиватель. Это улучшило светопропускание фары и радикально снизило ее общую массу: почти на килограмм.
В конце 90-х – начале 2 000-х началось широкое применение так называемых поворотных фар, световой пучок в которых направлялся вправо/влево вслед за соответствующим поворотом рулевого колеса. Первые эксперименты в этом направлении начались практически сразу после изобретения электрических фар. Однако вскоре попали чуть ли не под законодательный запрет: технологии того времени не позволяли менять направление светового потока так быстро, как это было необходимо во время движения автомобиля.
Довести идею до ума одной из первых смогла компания Citroen при технической поддержке уже упомянутой фирмы Cibie. Первые поворотные фары дальнего света появились в 1968 году на легендарной модели DS.
К слову, сегодня функция освещения траектории движения в повороте отнюдь не всегда реализуется за счет поворачивающегося прожектора. На недорогих машинах эта задача возлагается на дополнительные боковые лампочки или «противотуманки».
Впрочем, даже самый «продвинутый» вариант поворотного света – комбинированный, при котором на малых скоростях включаются боковые лампы, а на высоких – поворачивающиеся прожекторы, – перестал быть уделом моделей класса «Люкс». Такие фары доступны и на автомобилях гольф-класса. Хотя опция эта – отнюдь не дешевая…
В настоящее же время мы наблюдаем, по сути дела, закат «карьеры» лампы накаливания как основного источника света в автомобильных фарах. Эффектную точку в ней призваны поставить газоразрядные лампы. Более известные широкой публике как ксеноновые.
Даже в самом простом варианте использования ксенона – в качестве заполнителя колбы лампы накаливания – эффективность освещения существенно возрастает, а световой поток приближается по спектру к солнечному излучению.
Максимальной же эффективности работы традиционных фар можно добиться при использовании ксеноновых газоразрядных ламп, в которых светится не вольфрамовая нить, а сам газ при подаче высокого напряжения. «Ксенон» потребляет значительно меньше энергии, светит вдвое ярче обычных «галогенок», а служит при этом гораздо дольше за счет принципиального отсутствия хрупкой нити.
«Безламповое» будущее
Но, как бы ни были эффективны ксеноновые лампы, – будущее, по мнению специалистов, за фарами на основе светодиодов. Инженеры Philips, например, заявляют, что уже в ближайшее время такие фары вытеснят не только «ксенон», но и галогеновые лампы.
Светодиоды потребляют меньше энергии, нежели традиционные лампы, а служат едва ли не на порядок дольше. Но главное – устройство светодиодных фар проще, чем ксеноновых, а кроме того у них практически отсутствует характерная для «ксенона» инерция при включении.
Думается, пройдет совсем немного времени – и подобные фары будут столь же привычны на массовых авто, как и сегодняшние «галогенки»…
Еще один "стандарт будущего", о котором нельзя не сказать: на концептах немецких производителей – Audi и BMW - уже используются лазерные фары.
И если Audi со слов исполнительного директора Руперта Штадлера собирается оснащать лазерной оптикой серийные модели, но не называет никаких конкретных дат, то в BMW уже предлагают лазерные фары в качестве опции для спортивного гибрида i8, серийный выпуск которого назначен на 2014 год.
В январе текущего года на выставке потребительской электроники CES в Лас-Вегасе во время демонстрации концепт-кара Audi Sport quattro, оснащенного инновационными фарами, компания производитель рассказала про отличительные особенности лазерных диодов от традиционных, упомянув дальность освещения – фантастические 500 метров!
Экономичность, компактность и могучая интенсивность света - вот безусловные козыри лазерной оптики. Естественно никто не будет светить лазером в глаза встречному потоку, тем более что решение, как сделать работу таких элементов безопасным, уже есть... Встречаем будущее!
Одним из главных оптических элементов автомобиля являются . Кроме их главной функции - освещение дороги перед авто в темное время, они еще и служат для определения автомобиля и его маневров другими участниками движения. Все эти аспекты создают нужный уровень комфорта и безопасности дорожного движения.
современного автомобиля объединяют в себе сейчас несколько функций разных световых приборов в одном блоке: ближний свет, дальний свет, указатель поворота, габарит, могут присутствовать дневные ходовые огни (ДХО), а также, иногда, противотуманный свет.
Основное освещения в темное время суток это ближний свет
. Дальность и наклон светового луча ближнего света рассчитывается исходя из принципа – максимальная видимость при минимальном ослеплении водителей встречных автомобилей. Отсюда и присутствие светотеневой границы ближнего света, которая формируется ниже уровня глаз. Таким образом, создается тень для водителей встречного транспорта и световое пятно на дороге перед авто ведущего водителя. Кроме всего прочего пятно ближнего света имеет ассиметричную форму, больше «подсвечивая» правую сторону на которой могут быть, как и дорожные знаки, так и какая либо потенциальная опасность. Это как раз нужно для своевременной реакции водителя на меняющуюся дорожную обстановку.
Дальний свет предназначается для максимальной дальности освещения дороги. В этом случае никаких ограничений (как светотеневая граница) нет. Но здесь конечно присутствует один большой минус – ослепление водителей встречных авто, поэтому его использование жестко регламентируется.
Практически все фары для автомобиля состоят из 3-х основных элементов: источник света, отражатель и рассеиватель . Хотя роль последнего, в современных фарах, очень часто заменяет отражатель специальной формы.
Источниками света служат: лампы накаливания, галогенные лампы, газоразрядные лампы, светодиоды и сейчас концерн БМВ ведет работы по внедрению лазеров в качестве источников света в автооптике.
В передних фарах применяются следующие источники света: лампа накаливания, галогенная лампа, газоразрядная лампа, светодиоды .
Лампа накаливания представляет собой стеклянную колбу внутри которой образован вакуум и помещена вольфрамовая нить. При поступлении тока на нить она сильно разогревается и излучает свет. Основным недостатком такой лампы есть то, что вольфрам под воздействием высокой температуры начинает испаряться и оседать на стенках колбы, нить делается более тонкой и со временем перегорает. Эти лампы не отличаются долговечностью.
Учитывая все недостатки лампы накаливания, взамен им была изобретена галогенная лампа . По принципу работы – это та же лампа накаливания только колба заполнена парами брома и йода (галогенами). Что это дает? При испарении вольфрама его молекулы соединяются с молекулами галогенов, при попадании на раскаленную нить это соединение распадается и вольфрам остается на нити. Происходит своеобразная циркуляция вольфрама с последующим его восстановлением. Отсюда – больший срок эксплуатации лампы (до 1000 часов) и, за счет восстановления нити, больше температура до которой ее можно разогреть - соответственно ярче свет.
Принцип работы газоразрядной лампы
отличается от описанных выше галогенной и лампы накаливания. Здесь светопоток создается за счет горения дуги (разряда) между электродами в колбе заполненной инертными газами, такими как ксенон (отсюда и другое название – ксеноновые лампы). Светоотдача в таких лампах в разы выше, чем в галогенной и за счет того, что «здесь нечему перегорать» срок службы такой лампы тоже заметно выше (около 2000 часов). Но есть и свои нюансы. Для работы газоразрядной лампы требуются специальные приборы, которые кратковременно (в момент розжига) дают большое в несколько киловольт напряжение, а потом поддерживают разряд уже на более низком напряжении.
Еще одним источником света в фарах, стремительно набирая популярность, выступают светодиоды . Эти элементы излучают свет за чет прохождения тока через полупроводник. Отличаются в первую очередь долговечностью и малым энергопотреблением. Из минусов можно назвать дороговизну и большую теплоотдачу на подножке диода. Поэтому фары с «светодиодным ближним и дальним» устанавливают в основном на машины премиум-класса. В более бюджетных автомобилях светодиоды могут использоваться в качестве дневных ходовых огней и всевозможных подсветок.
Роль отражателя в фаре сводится к отражению света от источника на дорогу или на линзу в зависимости от типа фар. Поверхность отражателя покрыта тонким слоем хрома. Непосредственно сам корпус изготавливается либо с пластмассы, либо из металла. Различают такие разновидности отражателя как: параболический, эллипсоидный, свободной формы . В параболическом отражателе количество света, которое попадает на дорогу прямо пропорционально его размеру. То есть чем больше размер зеркала отражателя тем больше света попадает на участок спереди автомобиля.
Отражатель свободной формы , то есть его геометрия рассчитывается с помощью компьютера. Его зеркало разделено на отдельные элементы, каждый из которых имеет свое фокусное расстояние, и настроены на определенное отражение света с максимальной однородностью.
Эллипсоидный отражатель в основном устанавливается вместе с линзой в фарах проекционного типа, проще говоря - в линзовых фарах . Вместе этот комплекс наряду с относительно небольшими геометрическими размерами дает, в принципе, самое лучшее качество светораспределения по сравнению с параболическим отражателем и отражателем свободной формы.
На данный момент самым распространенным видом фар являются . В виду их относительно невысокой стоимости, а также приемлемого качества света они устанавливаются на большую часть бюджетных автомобилей. Кроме того, небольшая стоимость галогенных ламп и простота обслуживания способствуют их популярности среди автопроизводителей. В зависимости от конструкции ближний и дальний свет в этой фаре может быть, как совмещен, так и разделен. Светотеневая граница формируется или за счет светоотражающего колпачка на двухнитиевой лампе (би-галоген), формы отражателя (если ближний и дальний свет «разнесен») или специальной шторке если на фарах установлена проекционная система освещения (проще говоря линзовая оптика).
Не менее популярны и . Они, в отличии от галогенных, дают более высокий уровень света, хотя за это «нужно платить». Кроме того, что ксеноновые лампы сами по себе дороже галогенных, для их свечения требуются так называемые «блоки розжига» - приборы которые преобразуют на короткий период бортовых 12 вольт в напряжение 10-25 киловольт для запуска разряда в лампе, а потом еще поддерживают питание во время работы на уровне 80 вольт. Также ввиду значительного светопотока, эти фары должны оснащаться омывателем фар, а также автоматическим корректором для изменения угла наклона фар в зависимости от нагрузки на оси автомобиля для того, что бы не слепить водителей встречного транспорта. Все эти моменты влияют на стоимость такого типа освещения, поэтому ксеноновые фары в большей степени распространены среди автомобилей премиум и люкс классов. Хотя и в обычные «бюджетники» их могут установить опционально.
